高速公路出口分流区车路协同安全预警控制方法技术

高速公路出口分流区车路协同安全预警控制方法属于智能交通安全控制领域。路侧设备通过车路协同车路通信技术采集高速公路分流区域内车辆的位置、速度、方位角等信息，路侧设备将这些信息传输到控制主机，控制主机按照本方法计算并预测区域内车辆的驾驶行为和轨迹，判断可能引发的安全冲突和干扰的风险点，给出安全协同预警控制策略，再通过车路协同和可变情报板提前对即将进入分流区的车辆驾驶人员进行具体的预警信息发布，使驾驶人员及时调整驾驶行为，降低安全冲突的发生的几率。这种通过信息实时采集、本地实时计算和控制的方式比传统的分流区静态的控制方法更加有效，算法效率更高，对车辆正常行驶的干扰更小，并能提高通行效率。

【技术实现步骤摘要】
高速公路出口分流区车路协同安全预警控制方法
本专利技术属于智能交通安全控制领域，涉及一种利用车路协同技术和高精度定位技术进行高速公路出口分流区域交通安全预警控制的方法，提高分流区域交通的安全和通行效率。本专利技术可以使用在其他危险程度高的路段或位置。同时也可以结合自动驾驶技术直接对车辆进行安全控制。
技术介绍
高速公路分流区是指主路与出口匝道连接前方区域，由于车辆的分流驶出行为，频繁的变换车道或减速，造成交织运行的不稳定状态，导致主线交通流运行紊乱、交通冲突频发，分流区已成为高速公路交通事故的易发地带。2010年全国高速公路事故统计资料显示，追尾、变道、侧翻及违反交通标志的驾驶行为多发生于高速公路出入口，尤以出口为甚。超过40％的高速公路事故发生于高速公路出口区域内。经过调研分析，分流区域交通事故发生的原因主要是由于分流驶出车辆驾驶人员的疏忽、出口标志不清晰或设置不当等原因，当车辆到达分流出口前方时，出现的犹豫、紧急减速或突然向驶出匝道变道等危险驾驶行为，导致后方主路高速行驶的车辆无法及时避让，造成追尾碰撞等事故，且极易引发重大交通事故。目前还没有有效的方法对这些由突发交通事件带来的潜在安全问题进行检测和预警的方法。长期以来分流区的交通问题仅仅停留在出入口设计、标志标线设置等方面，而较少研究由于分流区异常交通事件如突然减速、变道等发生时的安全问题。在分流区交通安全预警方面，现有的分流区安全预警手段仅仅通过交通标牌静态的对车辆进行出入口位置提醒，手段比较单一，不能根据分流区的实际交通情况进行智能化实时动态预警。本专利技术是基于先进的车路协同技术和高精度定位技术进行设计的。车路协同技术是通过车路通信(V2I)，在车辆和道路之间进行信息传输，为用户提供信息交换和共享等各种服务。在美国交通运输部2015年发布的智能交通战略研究计划中，基于5.9GHz专用短程通信的车车、车路互联技术提高道路交通的安全性和运行效率是其中最重要的内容。目前国内相关的支持交通应用的5G/LTE-V通信网的车车、车路通信的部分重要标准已经发布，相关技术指标完全符合交通安全对时延的要求。国内研究机构和汽车厂商也在进行车路通信的相关的测试和实验。此外，定位技术的提高和发展也为车辆的高精度定位创造了条件，目前基于北斗高精度定位结合地基增强技术正在全国大范围的建设，定位精度可以达到分米级、甚至厘米级，更精准的实现对车辆行驶轨迹和位置的监控，可以准确的区别车辆所在的车道，基于高精度定位的自动驾驶车辆已经处于路上测试和试点试验阶段。因此目前的定位精度、通信时延等相关技术已经能够满足交通安全的要求。本专利技术采用车路协同式安全支持技术，结合高精度定位技术实时对分流车辆的行驶状态和轨迹分析，快速识别分流区域内车辆突然停止、减速、跨车道变道等危险驾驶行为，对潜在交通风险进行预测和判断，通过车路通信和可变情报板向即将进入分流区域的网联车辆、普通车辆进行预警，避免事故的发生。本专利技术在实现方法上首先根据分流区实际的交通需求，对车路协同分流区安全预警系统进行设计，设定正常驾驶行为的参数边界条件，为异常驾驶行为的判断提供评判标准。在计算方式上采用本地智能路侧控制主机上边缘计算的方式，路侧设备通过车路协同车路通信技术采集高速公路分流区域内车辆的位置、速度等信息，路侧设备将这些信息传输到控制主机，控制主机计算并预测区域内车辆的驾驶行为和轨迹的变化，判断可能引发的安全冲突和干扰的风险点，给出安全协同控制策略及预警信息，再通过车路协同提前对相关车辆驾驶人员进行预警，调整车辆驾驶行为，降低安全冲突的发生的几率。与传统后台控制中心控制的方法相比，这种通过信息实时采集、本地实时计算和控制的方式比传统的分流区静态的控制方法更加有效，算法效率更高，对车辆正常行驶的干扰更小，能够很好的满足交通主动安全对系统反应速度的要求。并能提高通行效率。本专利技术弥补了现有分流区检测手段缺乏，预警提示手段信息实时性差、信息类型单一的不足的缺点，全面提升了高速公路分流区行车安全性，提高了分流区域的安全水平。本专利技术同时可以使用在多种视距不良路段，如曲率半径较小的弯道和道路交织区域，协助驾驶员对道路状况进行判断，从而降低事故发生。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于车路协同和高精度定位技术进行分流区交通安全预警控制的新方法。路侧设备通过车路协同车路通信技术采集高速公路分流区域内车辆的位置、速度、方位角等信息，路侧设备将这些信息传输到控制主机，控制主机按照本专利技术专利描述的方法计算并预测区域内车辆的驾驶行为和轨迹，判断可能引发的安全冲突和干扰的风险点，给出安全协同预警控制策略，再通过车路协同和可变情报板提前对即将进入分流区的车辆驾驶人员进行具体的预警信息发布，使驾驶人员及时调整驾驶行为，降低安全冲突的发生的几率。这种通过信息实时采集、本地实时计算和控制的方式比传统的分流区静态的控制方法更加有效，算法效率更高，对车辆正常行驶的干扰更小，并能提高通行效率。本专利技术应用于满足车路通信环境下网联车辆、自动驾驶车辆和人工驾驶车辆进行安全预警，驾驶行为的判别仅针对安装有支持车辆高精度定位和车路通信功能车载终端的车辆，路侧设备具有与车辆通信的车路通信功能，控制主机具有边缘计算功能，从而提高快速响应时间，满足交通安全的需要。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，该方法包括以下工作流程：步骤一、控制主机初始化系统初始化控制主机上车辆轨迹点存储列表。主机上存储列表包括：车载终端ID、当前时间、车型、车辆位置、行驶速度、行驶方向角、所在车道。步骤二、车载终端实时采集车辆行驶信息，通过车路通信发送到路侧设备分流区域车辆A上的车载终端通过卫星定位功能，实时采集车辆行驶信息，并通过无线车路通信方式以10赫兹的频率向分流区路侧设备发送自己的行驶信息。采集和发送的信息包括：车辆A的位置坐标(x，y)、行驶速度v、方位角θ、时间T。步骤三、路侧设备通过有线网络将车辆A的信息传输到控制主机分流区路侧设备通过无线车路通信接收到分流区车辆A发送来的信息，将这些信息通过有线网络传送到本地控制主机。步骤四、控制主机将车辆A信息进行地图匹配，判断车辆所在区域本地控制主机得到车辆A信息，通过车辆A的位置与主机上电子地图分流区域匹配的方法，判断车辆所在区域，如果车辆不处于分流点前150米的危险范围内，则车辆A对分流区交通不会产生安全风险，返回步骤二；如果车辆在分流区域内，则需要进一步判断，记录当前车辆A据出口距离，执行下一步骤。步骤五、控制主机将车辆A信息进行地图匹配，判断车辆所在车道本地控制主机通过车辆A的位置与主机上电子地图分流区域道路车道中心线匹配的方法，判断车辆所属车道，如果车辆处于分流区分流车道，则车辆A是正常分流的车辆，对分流区交通不会产生安全风险，返回步骤二；如果车辆不在分流车道上，则需要进一步判断，记录当前车辆A所在车道，执行下一步骤。步骤六、查找提取车辆A的前一轨迹点A0的信息查找提取车辆A的前一轨迹点信息，将车辆A的车载终端ID与控制主机上已存储的轨迹点列表中的车载终端ID进行比对，如果控制主机轨迹点列表中没有该车辆ID存在，则存储车辆A的ID和车辆A的信息到控制主机上的轨迹点存储列表，返回步骤二；如果存在车辆A的ID号和信息，提取最近的该ID本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高速公路出口分流区车路协同安全预警控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、控制主机初始化系统初始化控制主机上车辆轨迹点存储列表；主机上存储列表包括：车载终端ID、当前时间、车型、车辆位置、行驶速度、行驶方向角、所在车道；步骤二、车载终端实时采集车辆行驶信息，通过车路通信发送到路侧设备分流区域车辆A上的车载终端通过卫星定位功能，实时采集车辆行驶信息，并通过无线车路通信方式以10赫兹的频率向分流区路侧设备发送自己的行驶信息；采集和发送的信息包括：车辆A的位置坐标(x，y)、行驶速度v、方位角θ、时间T；步骤三、路侧设备通过有线网络将车辆A的信息传输到控制主机分流区路侧设备通过无线车路通信接收到分流区车辆A发送来的信息，将这些信息通过有线网络传送到本地控制主机；步骤四、控制主机将车辆A信息进行地图匹配，判断车辆所在区域本地控制主机得到车辆A信息，通过车辆A的位置与主机上电子地图分流区域匹配的方法，判断车辆所在区域，如果车辆不处于分流点前150米的危险范围内，则车辆A对分流区交通不会产生安全风险，返回步骤二；如果车辆在分流区域内，则需要进一步判断，记录当前车辆A据出口距离，执行下一步骤；步骤五、控制主机将车辆A信息进行地图匹配，判断车辆所在车道本地控制主机通过车辆A的位置与主机上电子地图分流区域道路车道中心线匹配的方法，判断车辆所属车道，如果车辆处于分流区分流车道，则车辆A是正常分流的车辆，对分流区交通不会产生安全风险，返回步骤二；如果车辆不在分流车道上，则需要进一步判断，记录当前车辆A所在车道，执行下一步骤；步骤六、查找提取车辆A的前一轨迹点A0的信息查找提取车辆A的前一轨迹点信息，将车辆A的车载终端ID与控制主机上已存储的轨迹点列表中的车载终端ID进行比对，如果控制主机轨迹点列表中没有该车辆ID存在，则存储车辆A的ID和车辆A的信息到控制主机上的轨迹点存储列表，返回步骤二；如果存在车辆A的ID号和信息，提取最近的该ID的信息为车辆A的前一个轨迹点A0，执行下一步骤；步骤七、根据车辆前后两个连续轨迹点的信息，判断车辆速度异常变化计算车辆A位置点At与前一位置点A0之间的速度变化，判断车辆A在分流区域内的异常加减速行为；如果车辆加减速度变化超出正常范围，则存在危险驾驶行为，记录当前车辆A所在车道、距离出口距离和速度异常信息，对即将进入分流区的车辆进行预警，执行步骤十；如果车辆加减速度变化在正常范围内，执行下一步骤；步骤八、根据车辆前后轨迹点的信息，判断车辆异常变道行为；通过车辆A后一位置点与前一位置点相对于车道中心线横向位置的变化，判断车辆在分流区域内的异常变道行为；计算车辆在单位时间内相对于车道横向位置的变化值大于一个车道宽度3.75米，则车辆A存在横向变道行为，存在安全风险，对即将进入分流区的车辆进行预警，记录当前车辆A所在车道、距出口距离和变道异常信息，执行步骤十；否则执行下一步骤；步骤九、驾驶行为判断结束；存储车辆A的ID和车辆A的信息到控制主机上的轨迹点存储列表，返回步骤二；步骤十、通过车路协同和可变情报板发送安全预警信息。...

【技术特征摘要】
1.高速公路出口分流区车路协同安全预警控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、控制主机初始化系统初始化控制主机上车辆轨迹点存储列表；主机上存储列表包括：车载终端ID、当前时间、车型、车辆位置、行驶速度、行驶方向角、所在车道；步骤二、车载终端实时采集车辆行驶信息，通过车路通信发送到路侧设备分流区域车辆A上的车载终端通过卫星定位功能，实时采集车辆行驶信息，并通过无线车路通信方式以10赫兹的频率向分流区路侧设备发送自己的行驶信息；采集和发送的信息包括：车辆A的位置坐标(x，y)、行驶速度v、方位角θ、时间T；步骤三、路侧设备通过有线网络将车辆A的信息传输到控制主机分流区路侧设备通过无线车路通信接收到分流区车辆A发送来的信息，将这些信息通过有线网络传送到本地控制主机；步骤四、控制主机将车辆A信息进行地图匹配，判断车辆所在区域本地控制主机得到车辆A信息，通过车辆A的位置与主机上电子地图分流区域匹配的方法，判断车辆所在区域，如果车辆不处于分流点前150米的危险范围内，则车辆A对分流区交通不会产生安全风险，返回步骤二；如果车辆在分流区域内，则需要进一步判断，记录当前车辆A据出口距离，执行下一步骤；步骤五、控制主机将车辆A信息进行地图匹配，判断车辆所在车道本地控制主机通过车辆A的位置与主机上电子地图分流区域道路车道中心线匹配的方法，判断车辆所属车道，如果车辆处于分流区分流车道，则车辆A是正常分流的车辆，对分流区交通不会产生安全风险，返回步骤二；如果车辆不在分流车道上，则需要进一步判断，记录当前车辆A所在车道，执行下一步骤；步骤六、查找提取车辆A的前一轨迹点A0的信息查找提取车辆A的前一轨迹点信息，将车辆A的车载终端ID与控制主机上已存储的轨迹点列表中的车载终端ID进行比对，如果控制主机轨迹点列表中没有该车辆ID存在，则存储车辆A的ID和车辆A的信息到控制主机上的轨迹点存储列表，返回步骤二；如果存在车辆A的ID号和信息，提取最近的该ID的信息为车辆A的前一个轨迹点A0，执行下一步骤；步骤七、根据车辆前后两个连续轨迹点的信息，判断车辆速...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳艳，王东柱，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11